CN216486125U - 一种单级可重复使用火箭动力测控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种单级可重复使用火箭动力测控系统，包括测控前端和测控后端，测控后端放置有后端测控设备，后端测控述设备包括主指挥控制计算机、从指挥控制计算机、监测计算机、后端交换机、测发控系统后端和测量系统后端；测控前端放置有前端测控设备，前端测控设备包括前端测控计算机、继电器组合板、电源系统、前端交换机、测发控系统前端和测量系统前端；前端测控计算机为采用CPCI架构的工业计算机；本实用新型提供的动力测控系统适用于单级可重复使用火箭，去掉了多级的工作站，只需要单级的工作站，加注过程的控制也由后端指挥控制计算机控制，不再设有下属的加注工作站，大幅简化了控制流程，能够实现火箭着陆后的测控工作。

Description

一种单级可重复使用火箭动力测控系统

技术领域

本实用新型涉及航天测控技术领域，具体涉及一种单级可重复使用火箭动力测控系统。

背景技术

动力测控系统是火箭动力系统的重要组成部分，用于完成火箭动力系统各阶段的测控工作。传统液体火箭由于采用多级结构，其动力测控系统较为复杂，包括多级动力测控指挥和工作站，设备繁多，操作过程繁琐，需要通过总控网统一调度，系统架构较为复杂，且传统运载火箭动力测控系统只需完成火箭发射阶段的测控工作，并没有考虑火箭的回收阶段。对于单级可重复使用火箭，其结构较为简单，不需要复杂的多级动力测控系统，同时，在火箭着陆后，动力测控系统仍需进行测控工作，因此，现有多级运载火箭的动力测控系统已不适用于单级可重复使用火箭动力测控系统的工作要求。

传统液体火箭动力测控系统在测试时，配有前端等效器，可以模拟地面设备的状态量和模拟量信号，但不能模拟动力测控系统与外系统的指令及数据交互，需要通过总控网与外系统连接，测试过程复杂繁琐。动力测控系统在出厂验收时，无法与外系统连接，因此需要一种测试系统和方法完成动力测控系统的独立闭环测试。

Compact PCI(CPCI)技术是在PCI技术基础之上经过改造而成的，经过改造的CPCI工控机适合工业现场应用。由于具有热插拔和冗余设计能力，可以构建高可用性系统，满足电信、数字通信、军事装备以及其他高可靠领域的要求。CPCI所具有的开放性、高可靠性、可热插拔特性，使该技术除了可以广泛应用在通信、网络、计算机电话整合外，同时，也适用于实时系统控制、产业自动化、实时数据采集、军事系统等需要高速运算的领域，以及智能交通、航空航天、医疗器械、水利等模块化的极高可靠度、可长期使用的应用领域。

CPCI使用2mm高密度针孔总线连接器，和使用金手指连接器的PCI卡相比，具有连接可靠、完全气密的特点，卡片的抗震性和抗腐蚀性高。此外，CPCI卡片采用经过20余年现场使用考验的欧规卡(EuroCard)结构。欧规卡采用垂直安装、前抽取结构，提高了卡片的散热性、抗震性和易维护性。

相较于PLC以及传统工控机，采用CPCI架构的工控机主要有系统紧凑，高效，方便转场和移动，且所有接口均由航插引出，可以很方便的进行现场接线。同时系统中各种信号线以及控制线采用PCB走线形式，能够大大简化系统的布局布线难度，提升整个系统的可靠性。同时，采用CPCI架构的工控机相比于PLC具有更强大的数据处理能力和网络通讯功能，能够执行更复杂的控制算法。

实用新型内容

本实用新型采用CPCI架构的工业计算机作为前端测控计算机，提供了一种单级可重复使用液体火箭动力测控系统，可以实现对不同工作阶段火箭动力测控系统所有被控对象的控制以及对动力系统状态及参数的测量和监测，只需要建立单级的工作站，加注过程的控制也由后端指挥控制计算机控制，不再设有下属的加注工作站，简化了控制流程。

本实用新型具体方案为：

一种单级可重复使用火箭动力测控系统，包括测控前端和测控后端，测控前端设置于火箭发射区附近，测控后端设置于离火箭发射区较远的安全区域，测控前端和测控后端的测控设备通过网络交换机进行信息交互；

所述测控后端放置有后端测控设备，所后端测控述设备包括主指挥控制计算机、从指挥控制计算机、监测计算机、后端交换机、测发控系统后端和测量系统后端；所述后端主、从指挥控制计算机与监测计算机分别通过网线(以太网)与后端交换机连接；测发控系统后端和测量系统后端通过网线(以太网)与后端交换机连接；动力测控系统后端指挥控制计算机通过以太网与测发控系统、遥测系统以及其他外系统进行通讯；

所述测控前端放置有前端测控设备，所述前端测控设备包括前端测控计算机、继电器组合板、电源系统、前端交换机、测发控系统前端和测量系统前端；所述前端测控计算机为采用CPCI架构的工业计算机；

前端测控计算机和电源系统分别通过网线与前端交换机连接，继电器组合板通过电缆与电源系统以及测控计算机连接；

测发控系统前端和前端测控计算机通过电缆连接

测发控系统前端和前端交换机通过网线连接；

测量系统前端和前端交换机通过网线连接；

前端交换机与后端交换机通过光纤连接。

前端测控计算机运行动力系统前端测控软件，用于执行后端指挥控制计算机下达的控制指令、采集地面设备的开关量和模拟量(4mA～20mA电流信号)、接收测发控系统的触点指令信号以及向动力测控系统后端测控设备反馈指令执行结果、处理好的测量参数以及指令信号。

继电器组合用于电磁阀的配电驱动，每一路均采用双继电器触点串并联设计以及消反峰保护电路，并具有24V供电信号回采功能。

前端交换机用于动力测控系统前端设备与后端设备间的信息交互。

进一步地，前端测控计算机包括主控板、开关量输入板卡、开关量输出板卡以及电流采集板卡和电流输出板卡；

主控板通过以太网接收后端指控计算机下达的控制指令，以及负责向后端指控计算机发送状态参数、采集的地面测量参数和接收到的测发控系统指令；

主控板和开关量输入板卡、开关量输出板卡以及电流采集板卡和电流输出板卡之间采用自定义CAN总线进行通讯。

进一步地，所述继电器组合板每一路均采用双继电器触点串并联设计以及消反峰保护电路，并具有24V供电信号回采功能。

进一步地，所述电源系统包括24V直流输出电源，可以通过测控计算机进行控制，电源系统与地面电磁阀、地面传感器及变送器通过电连接进行供电。

上述的一种单级可重复使用火箭动力测控系统的测控方法，具体包括如下步骤：

S1、工作前，后端指挥控制计算机向前端测控计算机发送系统自检指令，对前端计算机各板卡状态进行自检；所述后端指控计算机中，主、从指控计算机互为冗余备份，运行动力测控系统指挥控制软件，负责向前端测控设备发送控制指令以及与外系统进行信息交互；

S2、自检完成后，后端指挥控制计算机通过网络向前端测控计算机发送电磁阀控制指令，前端测控计算机调用开关量输出板卡控制继电器组合板动作，驱动地面电磁阀工作，完成对地面电磁阀的控制；

继电器组合板和地面撤收装置通过电缆连接，继电器组合板控制地面撤收装置撤收；

同时，前端测控计算机通过开关量输入板卡回采继电器组合的供电信号，并将其反馈给后端测控设备；

S3、后端指挥控制计算机通过网络向前端测控计算机发送调节阀开度调节指令，前端测控计算机调用电流输出板卡输出调节阀伺服机构控制信号，控制地面调节阀的伺服机构动作，完成调节阀开度调节的控制；

S4、通过前端测控计算机的电流采集板卡采集地面传感器、变送器以及调节阀定位器的电流信号，通过前端测控软件进行数据处理，获得地面测量参数以及调节阀开度，并将处理好的数据通过网络发送给动力测控系统后端测控设备；

S5、动力测控系统后端的测控设备通过后端交换机与测发控系统后端以及测量系统后端进行数据交互，获得箭上遥测参数以及阀门状态；后端指挥控制计算机通过网络向测发控系统后端发送箭上电磁阀控制指令，测发控系统后端将控制指令转发给测发控前端完成箭上电磁阀的控制；

S6、前端测控计算机通过开关量输入板卡采集地面设备的开关量状态，将开关量状态量通过网络发送给动力测控系统后端测控设备，并接收测发控系统前端设备的触点输出信号。

步骤S1中，具体自检内容为：前端计算机在线状态、RAM状态、程序CRC、定时器、I/O初始状态、A/D测量状态。

测量系统前端通过遥测获取箭上传感器和变送器的信号并对信号进行处理；前端测量系统采集箭上测量参数，发送给测量系统后端，测量系统后端再将箭上数据转发给后端测控设备。

步骤S5中，前端测控计算机通过开关量输入板卡还可以接收测发控系统前端发送的工作阶段切换指令，并将其通过网络发送给动力测控系统后端测控设备，从而切换动力测控系统的控制工作模式。

后端指挥控制计算机默认初始工作阶段为发射准备阶段，由测发控系统前端设备发送触点信号切换工作状态，当收到测发控系统前端设备泄回开始信号时，动力测控系统进入泄回工作阶段，后端指挥控制计算机切换为泄回控制模式；当收到测发控系统前端设备着陆信号时，动力测控系统进入着陆后处理工作阶段，后端指挥控制计算机切换为着陆后处理控制模式。

后端指挥控制计算机和监测计算机可以通过网络接收测量系统后端转发的箭上遥测参数和地面设备监视视频以及测发控系统转发的箭上电磁阀门状态。同时，后端指挥控制计算机可以通过测发控系统后端间接控制箭上电磁阀。

前端测控计算机通过电流采集卡采集地面传感器、变送器的信号并对信号进行处理，从而获得地面测量参数以及调节阀开度，最后将数据通过网络发送给指挥控制和监测计算机。

与现有技术相比，本实用新型提供的动力测控系统适用于单级可重复使用火箭，去掉了多级的工作站，只需要单级的工作站，加注过程的控制也由后端指挥控制计算机控制，不再设有下属的加注工作站，大幅简化了控制流程。能够实现火箭着陆后的测控工作。

采用CPCI架构的工控机，能够大大简化系统的布局布线难度，提升整个系统的可靠性。同时，采用CPCI架构的工控机相比于PLC具有更强大的数据处理能力和网络通讯功能，能够执行更复杂的控制算法。

附图说明

图1为本实用新型动力测控系统原理图；

图2为动力测控系统前端测控计算机组件示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

为了使本实用新型的结构的功能更加清晰，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型的技术方案作进一步说明。

参见图1所示，动力测控系统包括后端主、从指控计算机(即主指挥控制计算机、从指挥控制计算机)、监测计算机、后端交换机、前端交换机、前端测控计算机、继电器组合、测发控系统、测量系统以及电源系统。其中，主、从指控计算机、监测计算机、测发控系统后端、测量系统后端以及后端交换机位于测控后端，后端主、从指控计算机与监测计算机分别通过网线与后端交换机连接；前端交换机、前端测控计算机、继电器组合、测发控系统前端、测量系统前端以及电源系统位于测控前端，前端测控计算机和电源系统分别通过网线与前端交换机连接，继电器组合板通过电缆与电源系统以及测控计算机连接。前端交换机与后端交换机通过光纤连接。

参见图2所示，动力测控系统前端测控计算机组件主要包括网络接口、主控板(处理器及外围电路)、电流输入和输出板卡以及开关量输入和输出板卡。

动力测控系统工作过程：

火箭动力测控系统包括测控前端和测控后端，测控前端设置于火箭发射区附近，测控后端设置于离火箭发射区较远(大于2km)的安全区域，测控前端和测控后端的测控设备通过网络交换机进行信息交互；

在开始工作前，将动力测控系统后端测控设备放置于测控后端，动力测控系统前端设备放置于测控前端，并将动力测控系统各测控设备按图1所示进行连接，实现动力测控系统前后端设备的控制通讯。

由测控前端和测控后端分别给动力测控系统前后端设备供电，系统上电后，后端指控计算机向前端测控计算机发送系统自检指令，对前端计算机各板卡状态进行自检，具体检查内容为：前端计算机在线状态、RAM状态、程序CRC、定时器、I/O初始状态、A/D测量状态。

自检完成后，使用后端指控计算机通过网络向前端测控计算机发送电磁阀控制指令，前端测控计算机调用开关量出板卡控制继电器组合动作，驱动电磁阀工作，完成对电磁阀的控制。同时，前端测控计算机通过开关量输入板卡回采继电器组合的24V供电信号，并将其反馈给后端测控设备。

前端测控计算机采用3U8槽CPCI背板，背板采用自定义CAN总线进行通讯，背板提供各个功能模块的数据通道和电源通道，关键设备均采用冗余热备份(CPU、电源模块等)，运行动力系统前端测控软件，用于执行后端指控计算机下达的控制指令、采集地面设备的开关量和模拟量(4mA～20mA电流信号)、接收测发控系统的触点指令信号以及向动力测控系统后端测控设备反馈指令执行结果、处理好的测量参数以及指令信号。继电器组合用于电磁阀的配电驱动，每一路均采用双继电器触点串并联设计以及消反峰保护电路，并具有24V供电信号回采功能。电源系统主要包括24V直流输出电源，可以通过测控计算机进行控制，用于地面电磁阀以及两器的供电。前端交换机用于动力测控系统前端设备与后端设备间的信息交互。

使用后端指控计算机通过网络向前端测控计算机发送调节阀开度调节指令，前端测控计算机调用电流输出板卡输出调节阀伺服机构控制信号，控制调节阀伺服机构动作，完成调节阀开度调节的控制。

后端指控计算机通过网络向测发控系统后端发送箭上电磁阀控制指令，测发控系统后端将控制指令转发给测发控前端完成箭上电磁阀的控制。

通过前端测控计算机的电流采集板卡采集地面两器以及调节阀定位器的4mA～20mA电流信号，通过前端测控软件进行数据处理，获得地面测量参数以及调节阀开度，并将处理好的数据通过网络发送给动力测控系统后端测控设备。

通过前端测控计算机的开关量输入板卡采集地面设备的开关量状态，并将开关量状态量通过网络发送给动力测控系统后端测控设备。同时，前端测控计算机通过开关量输入板卡还可以接收测发控系统发送的工作阶段切换指令，并将其通过网络发送给动力测控系统后端测控设备，从而切换动力测控系统的控制工作模式。

前端测量系统采集箭上测量参数，发送给测量系统后端，测量系统后端再将箭上数据转发给其他后端测控设备。

动力测控系统后端测控设备可以通过后端交换机与测发控系统后端以及测量系统后端进行数据交互，获得箭上遥测参数以及阀门状态。

Claims (4)

1.一种单级可重复使用火箭动力测控系统，其特征在于包括测控前端和测控后端，测控前端设置于火箭发射区附近，测控后端设置于离火箭发射区较远的安全区域，测控前端和测控后端的测控设备通过网络交换机进行信息交互；

所述测控后端放置有后端测控设备，所述后端测控设备包括主指挥控制计算机、从指挥控制计算机、监测计算机、后端交换机、测发控系统后端和测量系统后端；所述后端主、从指控计算机与监测计算机分别通过网线与后端交换机连接；测发控系统后端和测量系统后端通过网线与后端交换机连接；

所述测控前端放置有前端测控设备，所述前端测控设备包括前端测控计算机、继电器组合板、电源系统、前端交换机、测发控系统前端和测量系统前端；所述前端测控计算机为采用CPCI架构的工业计算机；

前端测控计算机和电源系统分别通过网线与前端交换机连接，继电器组合板通过电缆与电源系统以及测控计算机连接；

测发控系统前端和前端测控计算机通过电缆连接

测发控系统前端和前端交换机通过网线连接；

测量系统前端和前端交换机通过网线连接；

前端交换机与后端交换机通过光纤连接。

2.根据权利要求1所述的一种单级可重复使用火箭动力测控系统，其特征在于，前端测控计算机包括主控板、开关量输入板卡、开关量输出板卡以及电流采集板卡和电流输出板卡；

主控板通过以太网接收后端指控计算机下达的控制指令并向后端指控计算机发送状态参数、采集的地面测量参数和接收到的测发控系统指令；

主控板和开关量输入板卡、开关量输出板卡以及电流采集板卡和电流输出板卡之间采用自定义CAN总线进行通讯。

3.根据权利要求1所述的一种单级可重复使用火箭动力测控系统，其特征在于，所述继电器组合板每一路均采用双继电器触点串并联设计以及消反峰保护电路，并具有24V供电信号回采功能。

4.根据权利要求1所述的一种单级可重复使用火箭动力测控系统，其特征在于，所述电源系统包括24V直流输出电源，可以通过测控计算机进行控制，电源系统与地面电磁阀、地面传感器及变送器通过电连接进行供电。

Images